五、计算题
1. 入射角为50°探头，保护膜长度为40mm，因使用中保护膜的前端比后端多磨损1m，求磨损后入射角和折射角各为多少度？(钢CS=13034m/s 有机玻璃CL＝2700m/s)
2.某工件厚为100mm，不允许存在?2平底孔当量及以上的缺陷，如何利用工件底面校正探伤灵敏度？(已知λ=2.36mm)
3.有一伤损在140mm声程处，比CS-1-5试块上φ2×200mm的平底孔幅度高12dB，求该伤损的当量直径。
4.有一钢锻件，厚度为350mm，用2MHz直探头发现距探测面200mm处有一缺陷回波，缺陷波比底波低24dB，求缺陷相当于多大当量直径的平底孔?(钢CL=5900m/s)
5. 已知钢工件厚度为50mm，第5次底波比第3次底波低8dB，求工件材质的衰减系数?
6.一个垂直线性好的探伤仪，荧光屏上的反射波幅从15%提高到90%应释放多少dB?
7.已知钢轨探伤仪直流供电电压为14V，整机耗电电流为0.7A，求该仪器的耗电功率W?
8.图1：已知R1=R2=R4=8Ω R3=4Ω 求RAB=？（要求：画出等效图，列出计算公式）

图1
9.在液浸探伤中，为在钢工件中获得40°的折射横波, 探头应倾斜多少度?(水CL=1500m/s、钢CL=5900m/s、钢Cs=3200m/s)
10.已知基准灵敏度为200mm的Φ2平底孔，在150mm处测得的缺陷回波比基准.回波高8dB，求此缺陷的当量大小。
11.已知基准平底孔的直径和声程分别为3mm和200mm，测得缺陷的声程为200mm，缺陷波比基准孔波高12dB，求缺陷的当量长横孔直径。(入＝2.36mm)
12.有一个8×10mm方晶片制作的纵波直探头，其近场区长度为10.8mm,求该探头的频率是多少？(已知钢CL=5900m/s)
13.某一钢轨探伤仪70°探头通道测距按深度1：1标定，用70°探头对轨头核伤定位定量，校对回波为1.2~3.4刻度，求缺陷的深度h1、高度h2和探头入射点到缺陷中点的水平距离L。
14.已知60kg/m钢轨断面面积F=77.45cm2，计算轨温每变花1℃产生的温度力。
15. 用K1.5探头探测厚50mm试件，探伤仪测距按声程1:2校正，发现一缺陷端点回波分别在3.0格和6.2格处，求缺陷的深度和高度？
16. 已知仪器测距用K=2探头按深度1：2.5校正，探测图2工件，一缺陷回波出现在刻度6.6格上，探头前沿长20mm，求缺陷的距探头入射点的距离和距工件表面深度？
 
图2
17．用2.5P20直探头，探测图3钢轨，若用钢轨本身大平面底作基准，调整探伤灵敏度为Φ2，试求（1）仪器探伤灵敏度如何调节？（2）若此时发现距探测面120mm深处的一缺陷（f），其回波幅比基准波高26dB，该缺陷的平底孔当量值为多少？
 
图3
18．图4探伤状态，已知水/钢界面上入射声波正好达到第一临界角αLKI≈14°，试求有机玻璃块的楔角α为几度？
 
图4
19. 探测图5工件中缺陷，已知探伤仪测距用K=2.5探头按水平1：2.5校正，探头前沿长12mm，求探头主声束发现该缺陷时,缺陷回波位置和探头前沿距离焊缝中心距离？[13034512119]
 
图5

六、论述题
1.斜探头为什么用有机玻璃作斜楔？
2.论述超声波绕射能力的大小与障碍物的关系。
3.论述超声波直探头利用多次脉冲反射法识别缺陷的方法。
4.论述钢轨的制造缺陷产生的原因。
5.说明A型反射式超声波探伤仪的工作原理。
6. 当CL2＞CL1，纵波入射角逐渐增大时，透入第二介质的波型有什么变化？

7.说明超声场中的声压分布规律。
8.论述RC电路的工作原理和特点。
9.论述同步电路的工作原理。
10.论述视放电路是怎样将几条扫描拉开的。
11.钢轨头部主要产生哪些应力？
12.造成钢轨轨头伤损现象增多的原因是什么？
13.造成钢轨擦伤的原因是什么？
14.说明用K2.5单探头探测焊缝轨底脚较小缺陷时的波形显示规律。
15.简述数字式探伤仪的特点？
16.简述钢轨探伤车的探头数量和探伤能力？如果用探伤车与探伤小车轮换检查某一干线时，存在的问题有哪些？

七、 绘图题
1.画出六种电信号波形图。
2.画出焊缝轨腰部位串列式扫查探伤灵敏度校准图。
3.画出焊缝轨底部位K型扫查探伤灵敏度校准图。
4.画出A型超声波探伤仪发射电路图。[
5.画出CSK-1A标准试块的外形图及各部尺寸。
6．画出超声波在不同介质界面上的反射和折射图。
7.作图说明钢轨探伤仪0°、37°和70°探头灵敏度余量在WGT-3试块上的测试方法。
8.画出一RC微分电路图和波形图。
9.绘出K2.5单探头探测钢轨焊缝轨底角上方小缺陷的探伤方法和波形显示图。

1.解: 根据题意：
磨损造成探头倾斜的角度： (1分)
   磨损后的探头入射角：α＝50°-α1＝50°-1.4°＝48.6°(1分)
磨损后的探头折射角：
  (2分)
答：入射角变为48.6°，折射角变为63.8°。(1分)
2.解：根据公式： 计算：(1分) 
 
答:将工件底面回波调到80%时,再把灵敏度提高31.5dB即为调好。(1分) 
3.解：根据公式： 计算得：(1分) 
 
答:该伤损的平底孔当量直径为2.8mm (1分) 
4.解：由题意可知：λ=c/f =5900×103/2×106    =2.95mm (1分) 
 
答:此缺陷相当于3.68mm当量的平底孔。(1分) 
5.解：根据公式： 计算得：(1分) 
 
答:材质衰减系数为0.018dB／mm。(1分) 
 6.解：根据公式： 计算得：(1分) 
 
答:应释放15.6dB。(1分) 
7.解：根据公式： 计算得：(1分) 
W=14×0.7(1分) 
=9.8(2分) 
答：该仪器的耗电功率为9.8W。(1分) 
8.解：等效图：
                                                                           (1分)

根据公式：    (1分)
 
答：RAB为4Ω。(1分)
9. 解：根据公式： 计算得：(1分)
  (1分) 
 
答:该斜探头的入射角为 。(1分) 
10. 解：根据公式： 计算得：(1分) 
 
答:该伤的平底孔当量为2.4mm。(1分) 
11. 解:设：XF为缺陷声程，XA为平底孔声程，df横孔直径，P平为平底孔声压P横为横孔声压, Φ为平底孔直径。
根据公式     计算得：(1分) 
 
 (0.5分)
 
df=5.8mm(0.5分) 
答：缺陷的当量横孔直径为5.8mm。(1分) 
12.解：根据公式：N=A/π λ可知λ=A/π N计算得：(1分) 
λ=A/π N=8×10/3.14×10.8
=2.36mm(1分) 
则频率为：f=C/λ=5.9×106/2.36(1分) 
=2.5MHz(1分) 
答:该探头的频率为2.5MHz(1分) 
13. 解：根据公式：
h1=10×1.2=12mm (0.5分)
h2=10×(3.4-1.2)=22mm (0.5分)
L1=27×1.2=32.4mm (0.5分)
L2=27×3.4=91.8mm (0.5分)
L= L1+(L2-L1)/2(1分) 
=32.4+(91.8-32.4)/2
=62.1mm。(1分)
答：核伤深度为12mm，高度为22mm，核伤中心到探头入射点的水平距离为62.1mm。(1分) 
14. 解：根据公式：Pt=247.8△tF计算得：(1分) 
Pt=247.8×1×77.45(2分) 
=19192N(1分) 
答：轨温每升高1℃产生的温度力为19192N。(1分) 
 15. 解：已知：tgβ=1.5  β=56o
缺陷深度：3.0×20=60mm (0.5分)
h1=cosβ?60=33mm(0.5分)
缺陷深度：6.2×20=124mm(0.5分)
h2=cosβ?124=69mm (0.5分)
h2=50-(69-50)=31mm(1分)
缺陷高度：h=33-31=2mm(1分)
     答：缺陷深度为31mm，缺陷高度为2mm。(1分) 
16. 解：（1）缺陷距探头入射点的水平距离 (2分)
             （2）缺陷距工件表面深度 (2分)
答：缺陷的距探头入射点的距离为330mm，距工件表面深度为25mm。(1分)
17. 解：
 
答：（1）底波80%时，增益41dB；（2）缺陷的平底孔当量值为3.6mm。(1分)
18. 解：
 
答：有机玻璃块的楔角α为25.8度。(1分)
19. 解：（1）缺陷回波显示位置 (2分)
      （2）探头前沿距焊缝中心 (2分)
答：缺陷回波显示位置3.4，探头前沿距离焊缝中心距离80.5mm。(1分)

六、论述题
1.答：因为有机玻璃的纵波声速小于钢的横波声速，(2分)  当纵波声速通过有机玻璃向钢中射入射时，其折射波的角度大于入射波的角度，(2分)  能保证探头的入射角在钢中产生临界角之前有充分调节余地。(2分)  另外，有机玻璃性质坚固耐磨，(1分)  超声衰减小，(1分)  加工方便，(1分)  所以在超声波探伤中斜探头一般用有机玻璃作斜楔。(1分) 
2.答：绕射能力的大小取决于绕射角度，(1分)  而绕射角度又取决障碍物的尺寸和声波波长的大小，(2分)  当障碍物的尺寸小于波长时，障碍物对声波的传播不发生影响，既不影响障碍物后面的缺陷检测。(3分)  当障碍物的尺寸大于或等于波长时，(2分)  则产生绕射现象，障碍物背后出现声影区。(2分)
3.答：当工件内无缺陷时，在荧光屏上将显示底波的多次反射，(2分)  其幅度逐次递减, (2分)  若工件内有较小的缺陷时，每次反射底波前同时显示缺陷波如果缺陷较大遮挡了整个发射声束，(3分)  荧光屏上将显示缺陷的多次反射波。(3分)
4.答：钢轨在生产过程中由于工艺不良，将形成各种缺陷，(2分)  由于冶炼和轧制过程中会形成白点、气泡、非金属夹杂等，(2分)  在使用中会形成钢轨横向裂纹；(2分)  由于钢锭偏析未全部切除，轧成型材后，会出现纵向裂纹，(2分)  例如钢轨腹部出现鼓包、劈裂及轨头裂纹等伤损。(2分)
5.答：其工作原理是同步电路产生的同步脉冲分别触发扫描、发射等电路。(2分)  扫描电路产生锯齿波，送到示波管水平偏转板在荧光屏上产生水平扫描线；(2分)  发射电路产生一个持续时间很短的高频电脉冲加到探头的压电晶片上，激励晶片产生超声波向工件中传播(2分)  ，如遇工件底面或缺陷即产生反射，由探头接收并转换成电信号，经接收电路放大后加到示波管的垂直偏转板上(2分)  ，从而在扫描线的相应位置上显示缺陷波和底波，根据缺陷波的位置和幅度确定缺陷的位置和大小。(2分) 
6. 答：当CL2＞CL1时，(1分)  入射角大于0°而小于第一临界角，第二介质中有折射纵波也有折射横波存在；(3分)  当入射角大于第一临界角而小于第二临界角，第二介质中只有折射横波存在；(3分)  当入射角大于第二临界角时，第二介质中只有表面波存在。(3分) 
7.答：在超声场中声束轴上的声压分为近场区和远场区，(2分)  在近场区声压急剧起伏，出现多个极大值和极小值，(3分)  声压变化复杂而无规律；(2分)  而在远场区随着距离的增加声压变化而有规律的下降。(3分)
8.答：由电阻R和电容C组合在一起的电路称为RC电路，时间常数用“τ”表示。(2分)  电容上的电压开始按t=t0的速率充电，当达到电源电压充电结束，放电过程相反。(2分)  “τ”的大小标志着RC电路充放电时间的长短，“τ”越大，充放电电流越小，需要时间越长。(2分)  反之“τ”越小，充放电电流越大，需要时间越短。(2分)  τ的大小标志着RC电路充放电时间的长短，正常t=(2.3～3)τ时，达到充放电终止值。(2分) 
9.答：同步电路是由无稳态多谐振荡器构成，(2分)  现多采用COMS集成电路来完成。(2分)  接通电源以后，它产生一个连续振荡方波信号，它的振荡频率由外围的定时元件RC决定，(3分)  一般定时电阻、串有一个微调电位器改变其阻值，可以准确地调整主振频率。(3分) 
10.答：这是共射共基放大器的一种形式，称作共射共基模拟加法器。(3分)  T1、T2、T3的工作电流全部在T4的发射极相加，三个输入端的信号是相互隔离的。(3分)  如果它们的直流偏置电阻如果是R1＞R2＞R3，那么在T4的集电极上就会输出反向放大了的三个输入端信号的叠加信号。(4分) 
11.答：在荷载作用下，钢轨头部产生接触应力、(2分)  局部应力，(2分)  此外，还有轧制过程中产生的固有应力—残余应力，(2分)  以及温度变化产生的温度应力。(4分) 
12.答：随着轴重的增加，(2分)  接触应力增大，(2分)  大大超过钢轨的屈服极限，(3分)  造成钢轨轨头伤损现象增多。(3分)
13.答：由于机车坡停小半径曲线或车轮打空转，(2分)  造成钢轨踏面擦伤。(2分)  因此，在列车的动力载荷作用下，(2分)  易在擦伤处产生应力集中，(2分)  造成钢轨伤损发展扩大。(2分)
14.答：缺陷直径小于超声束宽度时，会出现缺陷波和焊筋轮廓波同时显示，(2分)  且缺陷波显示于焊筋轮廓波之前，(2分)  两波间隔在一般为1.0左右，(2分)  如两波间隔越小，则说明缺陷与对侧焊筋越近，(2分)  反之，间隔越大，则缺陷越靠近本侧焊筋边。(2分) 
15.答：数字式超声波探伤仪在常规模拟式超声波探伤仪的基础上发展起来的，(2分)  它保留了原模拟式超声波探伤仪的基本性能，(2分)  利用计算机系统的功能，对接收到的回波波形先完成模数转换，再执行数字化处理，(2分)  实时显示器数字化的回波波形，(2分)  同时具有记录、存储、计算分析能力，还可与计算机联机实现通讯及打印输出。(2分) 
16.答：（1）同时使用24个探头，可在60km/h的速度下进行探伤，(2分)  具有探测轨头直径3~5mm不同深度的横孔和长度为8mm的不同方向裂纹；(2分)  （2）一是周期无法平衡，探伤车速度快，探伤小车速度慢；(2分)  二是探伤灵敏度不同，发现伤损的能力不一致；(2分)  三是探伤原理和显示方式略有差距，伤损核对对应有差距。(2分)

七、绘图题
1.答：如图12所示。矩形波、（1分）尖脉冲、（1分） 锯齿波、（2分）三角波、（2分） 正弦波、（2分） 阶梯波（2分）。
 
                      图12  六种脉冲波形图
2.答：如图13所示。在GHT-1a试块4号平底孔上校准。
 
(5分)                    (5分)
图13  轨腰串列式扫查探伤灵敏度校准
3.答：如图14所示。在GHT-1a试块5号平底孔上校准。
 
(5分)                    (5分)
图14  轨底K型扫查探伤灵敏度校准
4.答：如图15所示。电路图(8分),(脉冲图各1分)
 
                     图15  发射电路
5.答：其各部尺寸如图16所示。侧视图(5分)、俯视图(5分)
 
          图16  CSK-1A试块外形图及各部尺寸
6.答：如图17所示。
 
            (2分)       (2分)      (2分)      (2分)      (2分) 
图17  超声波在不同介质界面上的反射和折射
7.答：如图18所示。三个探头图各(2分)  、试块图(4分)
 
图18  钢轨探伤仪各通道探头灵敏度余量测试
8.答：如图19所示。
 
(5分)                    (5分)
图19  微分电路
9.答：如图20所示。
      
(5分)                                (5分)
图20  焊缝轨底角上方小缺陷探伤和波形图
10.答：如图21所示。
 
图21焊缝串列探头扫查